邓新
绵阳市朝阳建筑设计有限公司 621000
摘要：发展地下建筑，是解决城市用地紧张，拓展城市空间的有效方法。然而，地下室建筑的防水问题制约了地下建筑的发展。本文简要介绍地下室防水设计的目的、设计内容，并且以实际工程为例阐述了用桩—承台做基础的地下建筑防水设防等级的确定方法以及附加防水材料选用、防水层保护和细部构造防水的优化设计问题，这样能使防水实现“功能—成本”的优化，为类似工程提供可供借鉴之经验。
关键词：下室防水设计；设计目的；设计内容
建筑防水在建筑工程中占有十分重要的地位。如果建筑防水做不好，不仅影响工程的整体质量，而且也增加了工程造价，造成不必要的经济损失，同时对建筑物的使用年限也有很大影响。地下室的防水更是制约了地下建筑的发展。实施地下室防水设计的目的是隔离地下水和滞留水不渗入室内，营造一个正常的生产、生活环境；同时利用防水层保护地下建筑结构，保证建筑物的使用寿命及安全。
随着城市化进程的加快，未来城市建设可持续性的发展方向之一便是向地下发展。地下室属于隐蔽工程，如果在今后使用过程中出现漏水现象，后果将不堪设想，因而地下室的防水工程就显得尤为重要和突出。在此，谈下地下室防水设计的有关内容和要求。
1 地下室防水设计目的和要求
1.1 进行防水设计应明确建筑地下室防水工程的目的：
（1）确保地下水和滞留水不渗入室内，给予室内正常的生产、工作、生活环境。
（2）防水层保护好地下结构，不让地下水浸泡钢筋混凝土结构。
一旦结构渗水，会导致钢筋锈蚀、断截面减小、膨胀，混凝土裂缝增大、抗压强度减弱，建筑基础受损，建筑寿命降低，最终危及安全。
1.2 地下室防水设计必须遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜、综合治理”的原则，努力达到防水可靠、经济合理的目的。
在设计前应充分掌握地下工程所在地及其附近地下水运动规律和状况（近期和远期），确定设计最高地下水位标高，同时结合地质、地形、地下工程结构、防水材料供应及当地施工条件等全面研究地下工程防水方案。地下钢筋混凝土外墙、底板均应采用抗渗混凝土。
1.3 独立式全地下室工程应做全封闭，附建式全地下室或半地下室防水设置，则应高出室外地平标高至±0.000m 以上，卷材防水和涂膜防水层可在室外平坦处改用防水浆完成设防高度。
1.4 地下室最高水位高于地下室地面时，地下室设计应考虑整体钢筋混凝土结构，保证防水效果；在特殊要求下可采用架空地面和夹壁墙。
1.5 地下室外防水层宜采用软保护层，如聚苯板或聚乙烯板等。
1.6地下工程防水等级：工业与民用建筑防水等级应达到一级或二级防水标准。
2 地下室防水设计
应根据建设地点的气象、水文地质、工程地质、所处环境、结构类型、施工方法、使用要求等各方面因素综合考虑，选择适合的防水做法。
地下室的防水包括主体防水及节点防水。主体防水又分为结构自防水和附加防水，结构自防水是必须采用的，附加防水按工程的防水等级选用，以柔性防水为主；节点防水主要包括施工逢、后浇带、变形缝、穿墙管线、柱顶防水等，可按工程的防水等级和实际情况选用不同的防水措施。
2.1结构自防水设计
目前我国大部分地区的地下工程采用结构自防水居多。结构自防水设计以混凝土自身的密实性而具有一定防水能力的混凝土或钢筋混凝土结构形式称之为混凝土结构自防水。具体是在材料上通过调整配合比、添加外加剂、限制骨料最大粒径等措施，使混凝土组成最密实、孔隙率最小的结构；或使孔隙彼此隔断，互不连通，使地下水无法渗入，或渗入至一定深度后不能穿透。在地下结构设计时，应注意不使防水混凝土受到地下水的侵蚀作用；注意各种外力和内力可能带给混凝土结构的不利影响；尽量不使混凝土结构产生有害裂缝而导致渗漏水。
在地下工程设计中，关键是要控制钢筋混凝土裂缝的产生及其宽度，混凝土结构一旦出现裂缝，渗漏水就难以避免。钢筋砼的裂缝有两类，一类是荷载引起的裂缝，其危害最大，直接决定着结构的承载能力，但可以通过正确的设计及合理的使用加以控制，使之不会出现或限制其开展宽度。另一类是结构变形受约束引起的裂缝，它也会影响结构的承载能力，不容忽视。这类裂缝，对多数工程而言，目前尚无一个精确的计算方法，设计时只能根据有关规范、原理经验采取适当的措施加以防范。
2.1.1 结构变形引起裂缝的原因
导致钢筋混凝土开裂的变形，主要是收缩变形。就其起因而论，有以下几种：（1）干燥收缩———由水分蒸发所致。（2）自身收缩———水泥水化引起的体积收缩，它与水分蒸发无关。（3）碳化收缩———空气中 CO2与水泥水化生成物起化学反应生成碳酸钙、硅胶、铝胶和游离水从而引起收缩。其中碳化释水收缩具有干燥收缩的性质，是碳化收缩的主要组成部分。（4）降温收缩———砼经搅拌入模，水泥水化反应即告开始，并且放出热量，温度因而升高。但随着水化反应的逐步完成，放热过程亦逐步削弱，以致终止，且热量也逐步散失，因此从最高温度到环境温度（或贮藏温度）取得平衡，就有一个温度回降的问题。在这个温差作用下，混凝土也会收缩。
在结构处于自然状态下，这几种收缩是相伴发生的，其结果是相互叠加的。就导致裂缝的危害而言，干燥收缩和降温收缩是主要的。
2.1.2 减少收缩变形的方法
（1）改善约束条件。（2）采用补偿收缩砼。（3）选择干缩率较小的水泥与骨料。（4）精心确定配合比。（5）加强养护。（6）配置适当钢筋。
（7）减小砼的温度回降值。（8）提高砼的抗拉强度。
3.2 附加防水层设计
在地下工程中单独采用结构自防水的做法是欠妥的，目前市场上夸大外加剂（如减水剂、早强剂、微膨胀剂等）的作用也是不科学的。在地下工程中，很难避免防水混凝土受到地下水的侵蚀作用；很难避免各种外力和内力可能给混凝土结构带来的不利影响；很难避免混凝土结构产生有害裂缝而导致渗漏，并考虑混凝士的耐久性（如徐变、碳化因素）等，因此，对防水、防潮要求较高的地下工程，即使地下水位不高，也应在混凝土结构的迎水面上设置附加防水层。附加防水层常用材料：（1）防水砂浆。（2）防水涂料。（3）高分子防水卷材。（4）其他防水材料。
3 防水设计工程实例
3.1 工程概况
某住宅楼，地上 11 层，地下 1 层，东西长 47.8m，南北宽 13.8m，建筑面积8782m2。该工程采用桩 - 承台基础，地基基础的设计等级为乙级，场区地下水水位 - 5.1m（相对室外地坪），地下水对混凝土结构无腐蚀性，对混凝土内的钢筋有弱腐蚀性。地下室混凝土结构主体防水设计为：防水设防等级二级，P6抗渗混凝土；附加防水层设计为 1.5mm 厚合成高分子涂膜加 1.5mm 厚 PVC复合双层防水。地下室细部构造防水设计为：沿挡土墙每 30mm 左右设置一道伸缩缝，伸缩缝宽 30mm，伸缩缝下起基础梁底面，上至挡土墙暗梁底面；挡土墙水平施工缝（离基础板顶 350mm）的防水构造采用 240mm 宽、3mm 厚钢板止水带，其它细部构造防水按《地下工程防水技术规范》GB50108 要求选用。
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3.2 该工程地下防水设计存在的问题
①地下室混凝土结构主体的附加防水层设置道数不合理。本工程为一般民用住宅的地下室，功能为一般储存室，防水设防等级定位二级是合理的。在附加防水层设计上，本工程设计采用 1.5mm 厚合成高分子涂膜加 1.5mm厚 PVC复合双层防水则高于预定的设防标准，这样造成了防水建造成本的大大增加，也造成了地下结构施工工期的大大增加。
②防水材料的选用不合理。本工程采用桩基－承台基础，该基础底部的平面尺寸为：东西长 49.95m，南北宽 14.6m；桩采用 PHC- A400（95）高强预应力混凝土管桩，共计199 根，桩的分布密度为 0.3 根 /m2；沿挡土墙承台厚度均为 900mm，承台之间用承台梁、地基拉梁连接，承台、承台梁、地基拉梁与底板的底部标高一致。从基础外形来看，该基础的外立面在基础底部至以上 0.9m高度范围内竖向阴阳角较多，其中竖向阳角 58 处，竖向阴角 54 处，基础底部外围周长范围内的阴阳角分布密度为0.87 处 / 延长米。从上可以看出，在承台顶部往下 0.9m高度范围内与基础底部这两个部分采用卷材防水的施工难度很大。在基础底部，由于预制桩必须深入承台 50mm，在底板防水施工时由于桩头的影响，造成防水卷材不能连续铺贴，在桩头位置需要对卷材进行大量的裁剪与拼接，同样造成防水施工非常繁琐，而且也难于保证施工质量。因此，对于桩 - 承台基础，承台顶面标高下采用卷材防水是特别不利于施工的，而且很难保证卷材片与片之间的粘结或焊接质量。
③防水层保护设计不当。对于混凝土底板的 PVC防水层采用 50mm 厚细石混凝土作保护，对底板的合成高分子涂膜防水层采用 1：2.5 水泥砂浆作保护；对挡土墙外立面的防水保护，采用直接砌 60mm 砖外加 600mm~1000mm 厚 3：7 灰土或素粘土的保护方法，该法很难施工，工期也较长。
④不注重地下结构混凝土结构细部构造防水。对挡土墙垂直施工缝的防水构造设计采用 300mm 高、3mm 厚钢板止水带。该构造特别影响剪力墙、约束边缘构件、构造边缘构件、护壁柱、非边缘暗柱在该位置的水平钢筋安装。另外，该工程的其它细部构造防水如伸缩缝、后浇带、穿墙管、桩头等细部防水不做详细设计或规定所采用的图集号而不选用具体的做法编号，造成施工时弹性较大。
3.3 地下建筑防水设计的优化
3.3.1 附加防水层设置道数的优化设计
地下工程除了采用结构自防水外，之所以增设附加防水层，一方面满足防水要求，还考虑到下面的因素：防水混凝土不是绝对不透水的材料，据测定抗渗等级为 P8 的防水混凝土的渗透系数为（5~8）×10- 10cm/s。混凝土在地下工程中会受地下水侵蚀，其耐久性会受到影响。为确保工程的使用寿命，防水混凝土和附加防水层结合使用则可较好地解决这一问题。在规范中，地下结构防水等级的设定考虑了上述因素。
本工程地下结构为一般储存室，按规范其防水等级应定为二级；对于二级防水，增设一道附加防水层即可。这比设置二道附加防水层要节约投资与缩短工期 40%左右。
3.3.2 合理选用附加防水层的防水材料
有关调查显示，在地下建筑的防水中，对于卷材类，SBS的应用率最高，对于涂膜类，则水泥基渗透结晶型防水材料应用最广；对于桩 - 承台基础的混凝土结构主体防水，前面论述过在承台顶部标高下（包含立面与底面）采用卷材防水是不合适的，这时，选用涂膜防水成为必要，那是不是可以选择水泥基渗透结晶型防水涂料呢？这要从水泥基渗透结晶型防水涂料的防水机理来分析：水泥基渗透结晶型防水涂料是一种粉状的渗透结晶型产品，由水泥、石英砂和多种活性化学成分配制而成，与水作用后，材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填充毛细孔道，从而使混凝土致密、防水。基础底板的防水，是先在基础垫层上敷设或涂抹附加防水层，之后构筑保护层，与混凝土结构层一起共同构成基础底板的防水体系。如果采用水泥基渗透结晶型防水涂料，涂料的结晶体填充的是混凝土垫层而非底板结构混凝土毛细孔，同时由于基础的轻微不均匀沉降导致垫层的开裂，这时混凝土垫层就不具备防水效果了。因此，对于对于桩 - 承台基础的混凝土结构主体防水，混凝土底板采用有机防水涂膜就比较合适。基于以上观点，本工程在承台顶部标高下的防水采用了 AST 合成高分子涂膜，涂膜厚度为 1.5mm，其它部位则采用 4mm厚 SBS防水卷材。
3.3.3 附加防水层的保护设计优化
在《地下工程防水技术规范》GB50108 中，对于基础底板采用有机防水涂膜时，应采用 20mm 厚 1：2.5 水泥砂浆层和40mm~50mm 厚 C15 细石混凝土作保护层，防水层与保护层之间宜设置隔离层。这里有两个值得商榷的地方，其一是隔离层的设置问题，防水层与保护层之间设置隔离层的目的是应对温度急剧变化而引起的防水层与保护层变形之间的约束，以防止混凝土保护层的开裂。由于地下防水材料通常采用延伸率较大的材料（SBS 的延伸率在 30%~40%之间，聚氨酯弹性防水涂料的断裂伸长率为 450%），温度变化引起的细实混凝土保护层开裂不会导致防水材料的开裂，同时由于混凝土结构层的存在，细实混凝土保护层开裂对防水层的保护不会产生影响，因此，对基础底板防水层设置隔离层是不必要的，这应该区分于屋面防水层的保护。其二是底板防水层的保护层厚度问题，底板防水层设置保护层的目的是为了在结构施工使防水层免遭破坏，另外还应保证结构层底部的保护层强度与基底垫层的强度一致，如果采用中砂与 32.5 号硅酸盐水泥配置 1：2.5 水泥砂浆，砂浆强度大概是 M15~M20 左右，强度方面符合规范要求，如果厚度能保证 20mm以上，保护防水层的目的也完全能达到。
因此，在本工程中，底板防水层的保护仅仅采用了 20mm厚 1：2.5 水泥砂浆，并取消了隔离层；侧墙防水层在承台顶面高度下采用 25mm 厚 1：2.5 水泥砂浆作保护，其它部位采用50mm 膨胀聚苯板用粘结砂浆满粘于防水层上，周边再回填细土。
3.3.4 细部构造防水设计的优化
本工程取消了温度伸缩缝，基础采用超长混凝土无缝施工技术整体浇筑；挡土墙垂直施工缝构造防水与水膨胀止水条做法；穿墙管、固定模板用螺栓等细部构造防水均采用L06J301 图集的相关做法，并注明做法编号。
4 结 论
综上所述，地下防水工程是一门综合性、实用性很强的工程技术，它将涉及设计、施工、材料选择等诸多方面内容。设计是地下工程防水的关键，是控制裂缝产生及裂缝宽度大小的关键，应当结合地下工程的防水要求、防水材料的性能、工程造价及施工难度等众多因素进行全面的分析，综合比较。
对于结构防水的要求及所处环境，强化地下室结构自防水能力，并用动态的观点从材料的耐久性、材料的适应性以及不同防水材料之间的相容性的全局选择适用的防水材料，按照设计要求施工，才能有效提高地下结构防水的可靠性和耐久性。在保证质量、安全可靠和经济合理可行的前提下，结合工程具体情况，最终确定合适的防水设计和施工方案。
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论文作者:邓新
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/17
标签：防水层论文; 混凝土论文; 地下室论文; 结构论文; 地下论文; 底板论文; 基础论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;